关键词：淄博北站;换热器;原因分析;
作者简介：张宗旺（1974—）,男,研究生,研究方向：铁路沿线土地、能源综合开发、企业经营管理和数字化转换。;
0 引言淄博北站是济青高速铁路的中间站，由进站广厅、候车厅、售票厅、城市通廊、公安用房、车站用房、设备机房等组成。该站投入使用后，对换热器进行了更换改造，但是更换后的换热器一直效果不佳，不仅浪费资源，也不符合国家“碳中和”的绿色发展理念。该文对原因进行如下分析，以期对以后高铁站换热器的设计建造提供参考。
淄博北站于2018年底正式启用，总建筑面积国铁约35 000 m2，地方政府约25 000 m2，建筑高度37.7 m，其中进站广厅面积2 580 m2，候车大厅面积10 483 m2，出站厅面积3 830 m2。站房主体地上二层，局部四层，站房地下一层为换乘大厅、城市通廊；站房一层为出站广厅、进站广厅；站房三层为候车大厅、两侧为商业空间、车站办公用房及空调机房。热源为市政热水，分两路供暖，一路经板换器去空调末端；一路经板换器直接去地暖管地面辐射供暖[1]。
2 改造前项目存在的问题(1）图纸设计要求空调为高温热水供暖，板换二次侧供回水设计温度60/45℃；地暖采用低温热水地面辐射供暖，板换二次侧供回水设计温度50/40℃；改造前市政热媒管道分别经地暖板换和空调供暖板换，此时空调板换第二次供水的温度可达40℃左右，地暖板换二次供水温在35℃左右，远远低于设计要求。
(2）图纸设计空调水系统板式热交换器一次侧进出水温为130/70℃，地暖水系统板式热交换器一次侧进出水温为130/70℃，换热量800 k W，但现场实际市政供水水温在85℃左右，远远低于设计温度。
(3）空调板换和地暖板换一次侧电动阀已经安装但未接线，一次侧流量无法自动调节。
(4）整个冬季，地暖与空调供暖采用全时、全空间、满负荷供暖，没有根据室外温度进行二次侧流量自动调节，也没有考虑夜间低流量防冻运行，能源浪费严重。
(5）空调旁通压差阀和地暖供回压差平衡阀缺失，导致空调系统、地暖系统水力不平衡。
(6）水泵运行时间不均衡，既造成弃用损坏，又导致水泵存在过度磨损。
(7）现场大量电动阀接线未实现控制，无法确定电动阀的开启和关闭状态，每次开机前，需要确定电动阀状态，工作量大，同时存在遗漏开启风险。在运行过程中，流量无法远程、自动开启或调节，电动阀手动常开，无关支路冷热量流失严重，能源浪费大。
(8）缺少室外温度采集器，无法获取室外温湿度的实时变化，无法获知供暖末端热量需求变化，导致热量供应与需求失衡。
(9）目前换热站机电设备的监控管理主要是人工手动完成，缺乏一套完整的自控系统实现360°无死角地对机电设备进行监督和掌控，从而实现各设备之间的节能管理和联动控制。
(10）换热站系统运行指标不全，相应的温度、压力、室外环境检测以及设备运行情况监测点位较少，不能全面细致地对供热系统进行节能管理。
3 原板式热交换器设计分析3.1 暖通图纸设计热负荷在详细计算过每个房间的热负荷与逐项逐时冷负荷之后发现，国铁范围的舒适性空调夏季总设计冷负荷为4 250 k W，冬季热总负荷为2 695 k W；地方政府范围的舒适性空调夏季总设计冷负荷为680 k W，冬季热总负荷为420 k W。
3.2 具体设计参数设计的具体参数如表1所示。
表1 暖通图纸设计板式热交换器参数 下载原图
表2 地暖空调水泵参数 下载原图
表3 设计参数分析 下载原图
分析表1～3的参数可以得出，在满足空调地暖系统一次、二次侧进出水温的前提下，板式热交换器换热量12.96 Gj/h以及供热合同开口量10.4 Gj/h都大于冬季总热负荷指标9.70 Gj/h，设计满足热负荷需求，但是根据历史供暖数据，现场实际市政供水水温在60～70℃左右（由于改造前后市政热源参数几乎不变，可参考改造后市政供暖参数），也就是空调系统和地暖系统一次侧水温为60～70℃左右，空调板换二次供水温在40℃左右，地暖板换二次供水温在35℃左右，远远低于设计负荷，换热器换热量远远达不到设计换热量，导致空调系统、地暖系统的供热量远远低于设计值[2]。
4 更换板式热交换器节能效果分析参考淄博北站换热站暖通图纸，采暖设计热负荷为2 695 k W，则全年设计热负荷Q1=2 695×24×120×1.1=8 537 760 k Wh=30 735 Gj，其中根据淄博北站与当地供热公司签订的用热协议，Q1'（设计用热收费量=1.3×Q1)=30 735×1.3=39 956 Gj，根据投能源公司提供的淄博北站2021—2022年热量使用统计数据，实际供暖总耗热量Q2（收费量）：29 818.5Gj，比全年设计用热收费量Q1'小，存在欠能量供热现象，导致供热不足，根据现场流调和查阅部分工作日志，改造前站房内实际温度比设计温度低2～4℃，改造前实际换热供热量Q2比全年设计用热收费量Q1'低25.37%;2022年10月中旬淄博北站现场更换板式换热器，换热面积比改造前增加一倍，节能改造完成后2022—2023年供暖总耗热量Q2'（收费量）约为31 352.4 Gj，比全年设计用热收费量Q1'低21.53%，达到了站房内设计热指标要求。淄博北站2022—2023年热量使用量、淄博北站2021—2022年热量使用量、设计参数/换算系数如表4所示。
5 改造后前端效果不佳的原因分析5.1 建筑物结构作为大型公共建筑，淄博北站人流量大、散热量也大、旅客对舒适度的要求较高，但是由于受室内外温差过大的影响，易导致冷热空气分离出现“热气上浮，冷气下坠”，从而导致空调送风未能充分发挥其作用，难以为乘客提供舒适的环境，同时还造成了资源的巨大浪费[3]。同时由于候车厅面积较大，顶棚高、空间大、在整个空间中使用区域所占比例小、外墙所占比例大等特点，在其内部空间辐射、对流、传导等传热现象而形成复杂流场和温度场，站内候车厅、商业餐饮、进站厅等不同区域有着不同的气流组织需求。
候车厅大多运用分层空调系统，在冬季运行时由通风柱和喷口送出的热风易出现严重热气上浮现象，使得气流隔断效果较差，导致在人员活动区气温低而上部非人员活动区温度较高，难以满足室内舒适性要求。候车厅采用辐射地板与通风柱送风相结合的方法，有效地改善了候车厅旅客休息区温度场和速度场，但是由于通风柱送风风向和空调机组喷口无法实现自动控制，使得送风范围有限且风向固定，进站候车区未能达到舒适性要求。
5.2 热源5.2.1 市政热源(1)市政热源水温和流量远远低于设计温度和流量，导致换热器一次侧热量供应不足，无法满足供热设计需求。(2)未准确按气象调节：供暖期在不同时间段内或者同一时间段内每一天的室外气温都在不断地发生变化，供热管理单位的调控不当就会造成供热问题产生。(3)间歇供热：为节省开支间歇供暖方式常被许多供热管理单位采用，导致换热站无法连续换热供暖。
表4 综合热量对比图及设计参数/换算系数 下载原图
5.2.2 循环因素
(1)循环泵流量小，导致热量供应不足。(2)循环泵扬程低，造成高点区域热量不足。
5.2.3 热网平衡因素(1)水力失调：站房主体地上二层，局部四层，单层供暖面积大，未分高低区系统，系统水力失衡。(2)管网失衡：当供回水出现平压差、倒压差时会导致热力站不热，无法给用户供暖。(3)候车厅、办公区域、餐饮区域空调机组设计失误，换热量偏低。(4)高点窝气，高点应设排气阀并在运行初期放气。
5.3 空调管道系统5.3.1 设计因素(1)立管管径不合理易形成垂直失调。(2)空调系统和地暖系统分别由一条主支路进入站内，但是各个区域供回系统容易形成小环路，导致系统部分热量未经循环支路直接流回换热站[4]。
5.3.2 积堵因素(1)垢堵：调查发现该地区使用的部分管材不符合国家标准，再加上年久失修和水的硬度偏高使得管道内部出现很厚的水垢，从而导致供暖效果不佳。(2)脏堵：施工过程中一些施工垃圾未能及时处理，遗留在暖气管道中，使得热量供应不均匀。
5.4 地暖管道系统(1)工人在采暖环路上没有安装排气装置，造成憋气和地热管中存在空气，阻碍水循环，系统不热。(2)过滤器堵塞，系统循环差，供回水压差小，水流速下降，导致地热不热。(3)地暖主线管压力差达不到预期的标准，导致供暖水流速偏低。(4)地热管内壁产生污垢，导热性能极差，热交换率下降，导致地热不热。
6 结语淄博北站换热器项目改造后，板式热交换器面积增加一倍，现场反馈前段效果不佳，由于整个供暖系统环节比较多，供暖系统不热的原因比较复杂，所以该文在各个环节根据理论与实践的经验基础上，分析了原因，发现主要有热源、热网、空调末端系统、热用户等四个方面。在以后的换热器改造中，一定要密切关注各方面有可能影响换热效果的因素，为我国社会经济的可持续发展和能源节约作出实际行动，实现现代化交通的科学管理。
参考文献[1] 蒋东章.宽通道板式换热器结构的智能优化设计[D].徐州：中国矿业大学,2021.
[2] 田伟,顾培军,段志栋.高压板翅式换热器液空通道堵塞原因分析及处理效果[J].山西化工,2022(8):104-107.
[3] 路膺祚.矿井回风用热管换热器析湿工况及可变导热管的换热分析[D].邯郸：河北工程大学,2021.
[4] 田文军.600 kt/a硫黄制酸装置冷热换热器修复实践[J].硫酸工业,2022(6):45-48.
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